[发明专利]基于CFD的汽车发动机缸盖清洗的优化方法

说明书

一种基于CFD的汽车发动机缸盖清洗的优化方法，通过采集发动机缸盖几何特征并建立缸盖三维模型，经计算区域设置和网格划分并进行模拟参数及边界条件的设置，经过仿真计算得到缸盖清洗时内部的流场分布、水套内的流体速度和流域的压力；进而通过改变清洗缸套时流体的入口、堵口、出口及其不同的组合方式，通过重复仿真计算并以水套内腔关键死角的流体速度和流域压力作为优化结果约束条件，得到优化的清洗策略。本发明可以显著提高缸盖水套清洁度，降低残留在水套内部的切屑，使其清洁度满足产线的要求，缩短了缸套的清洗成本和周期。

技术领域

本发明涉及的是一种汽车制造领域的技术，具体是一种基于计算流体力学(CFD)的汽车发动机缸盖清洗的优化方法。

背景技术

发动机缸盖在加工完成后，需要在清洗工位进行清洗，以保证水套的清洁度。清洁度是指合格产品总成的系统和内腔(包括不加工的重要内腔)以及零件的孔道与精加工表面残留机械杂质的程度。例如，对于某型号发动机缸盖水套清洁度要求为16mg。

影响水套清洁度的主要因素是加工产生的残留铝屑掉入水套，目前一般采用紊流清洗(压力一般10bar左右)来清洗水套表面。然后，通过专用喷嘴或高低压混合喷嘴对水套腔内部进行清洗。但是，检测发现清洗后水套内部仍存在残留切屑，清洗效果较差。

现有生产线清洗时对所有水套孔进行分批清洗，这种清晰策略清洗效率低，而且清洗后，在水套某些部位仍存在卡屑现象，清洗效果较差。总体而言，缺乏水套清洗工艺机理方面的研究。研究哪些因素影响了水套清洗效果，提出优化清洗工艺的方法，成为了提高清洗效率和零件清洁度亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于CFD的汽车发动机缸盖清洗的优化方法，可以显著提高缸盖水套清洁度，降低残留在水套内部的切屑，使其清洁度满足产线的要求，缩短了缸套的清洗成本和周期。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过采集发动机缸盖几何特征并建立缸盖三维模型，经计算区域设置和网格划分并进行模拟参数及边界条件的设置，经过仿真计算得到缸盖清洗时内部的流场分布、水套内的流体速度和流域的压力；进而通过改变清洗缸套时流体的入口、堵口、出口及其不同的组合方式，通过重复仿真计算并以水套内腔关键死角的流体速度和流域压力作为优化结果约束条件，得到优化的清洗策略。

所述的缸盖三维模型是指：基于ANSYS Fluent建立水套仿真模型，以流体动力学的几个基本控制方程为基础，即Navier-Stokes方程，具体通过以下方式实现：①导入水套三维模型，对计算区域做离散化处理；②设置出入口、堵口及壁面边界条件；③设置K-ε湍流模型后通过求解器根据流体控制方程、边界条件，进行数值计算求解仿真结果。

所述的模拟参数及边界条件是指：模拟参数指的是清洗液的入口压力和入口流量。边界条件清洗时堵口的边界条件和壁面边界条件。堵口的边界条件设置为固壁边界条件。壁面边界条件用于限制流体和固体区域，设置水套的壁面边界条件为非滑移、绝热及光滑壁面。

所述的优化结果约束条件是指：通过观察仿真计算得到的速度流线图得到不同区域流体的具体流向，即水套清洗时切屑的流向；通过观察速度云图识别出低流速区和滞止区。

一般而言，清洗液流速越大，其对水套残留切屑、残砂等杂质的冲刷能力亦越强，所以在水套流场模型中，可近似认为流速越大的区域清洗效果也相应的越好。

清洗液在水套内部的压力分布亦是清洗方案评价标准之一。如果水套内部分区域的清洗液压力不足，则清洗液对该区域残留切屑的推动力不足，容易导致切屑残留其中。因此一般要求缸盖水套出口处的液压能够保证一定的压力值。通过增加清洗工艺的额定清洗载荷，可以有效提高水套流域内的压力，但这需要提高水泵的工作载荷，需要消耗更多的能耗，同时也有可能受设备负载的限制。所以需要在有限的入口压力条件下分析比较不同清洗方式，水套内部流体压力分布情况。